[PDF] Cours Thème I ACQUISITION DUNE GRANDEUR PHYSIQUE

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Page 1 sur 12 Thème 1 : LES CAPTEURS

Cours Thème I

ACQUISITION D"UNE GRANDEUR PHYSIQUE

( Capteurs )

I- GÉNÉRALITÉS Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, services, loisirs ...), on a

besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité, ...). Le capteur est l"élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.

1- Définitions

Capteur

: Un capteur est un organe de prélèvement d"information qui élabore à partir d"une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

Etendue de mesure

: Valeurs extrêmes pouvant être mesurée par le capteur.

Résolution

: Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur. Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d"entrée.

Exemple

: Le capteur de température LM35 a une sensibilité de 10mV / °C.

Précision

: Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie. Rapidité : Temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande passante.

2- Éléments de métrologie (définitions)

Le mesurage

: C"est l"ensemble des opérations ayant pour but de déterminer une valeur d"une grandeur.

La mesure (x)

: C"est l"évaluation d"une grandeur par comparaison avec une autre grandeur de même nature prise pour unité.

Exemple :

2 mètres, 400 grammes, 6 secondes.

La grandeur (X)

: Paramètre qui doit être contrôlé lors de l"élaboration d"un produit ou de son transfert.

Exemple :

pression, température, niveau. On effectue des mesures pour connaître la valeur instantanée et l"évolution de certaines grandeurs. Renseignements sur l"état et l"évolution d"un phénomène physique, chimique, industriel.

L"incertitude (dx)

: Le résultat de la mesure x d"une grandeur X n"est pas complètement défini par un seul nombre. Il faut au moins la caractériser par un couple (x, dx) et une unité de mesure. dx est l"incertitude sur x. Les incertitudes proviennent des différentes erreurs liées à la mesure.

Ainsi, on a : x-dx < X < x+dx

Exemple :

3 cm ±10%, ou 3 cm ± 3 mm.

Erreur absolue (e)

: Résultat d"un mesurage moins la valeur vraie du mesurande. Une erreur absolue s"exprime dans l"unité de la mesure. e = x - X

Exemple :

Une erreur de 10 cm sur une mesure de distance.

Erreur relative (e

r) : Rapport de l"erreur de mesure à une valeur vraie de mesurande. Une erreur relative s"exprime généralement en pourcentage de la grandeur mesurée. e r = e/X ; e r% = 100 e r Exemple : Une erreur de 10 % sur une mesure de distance (10 % de la distance réelle).

Capteur

Grandeur

physique

Signal

électrique

Energie

- température - pression - force - ... - signal logique (TOR) - signal analogique - signal numérique TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES http://cbissprof.free.fr

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3- Les types d"erreurs classiques

???L"erreur de zéro (offset) ???L"erreur d"échelle (gain)

C"est une erreur qui dépend de façon

linéaire de la grandeur mesurée. ???L"erreur de linéarité

La caractéristique n"est pas une droite.

???L"erreur due au phénomène d"hystérésis

Il y a phénomène d"hystérésis lorsque

le résultat de la mesure dépend de la précédente mesure. ???L"erreur de quantification

La caractéristique est en escalier,

cette erreur est souvent due à une numérisation du signal. 4- Le système d"unités internationales et ses symboles

Grandeur

Unité

Nom

Symbole

Nom

Symbole

Unités de base

Longueur

l mètre m Masse m kilo gramme Kg Temps t seconde s

Courant électrique

i ampère A

Température

T kelvin K

Quantité de matière

mole mol

Intensité lumineuse

I candela cd

Unités complémentaires

Angle plan

radian rad

Angle solide

stéradian Sr

Unités dérivées

Aire ou supe

rficie A, S mètre carré m 2

Volume

V mètre cube m 3

Fréquence

f hertz Hz

Vitesse

v mètre par seconde m/s Force F newton N

Moment d"une force

T mètre -newton mN

Tension

- ddp U volt V

Force électromotrice

E volt V

Résistance

R ohm

Réactan

ce X ohm

Impédance

Z ohm

Résistivité

r ohm -mètre Ω.m

Capacité

C farad F

Permittivité

farad par mètre F/m

Perméabilité

m henry par mètre H/m

Champ électrique

E volt par mètre V/m

Flux lumineux

lumen lm

Eclairement

E lux lx

Longueur d"onde

l mètre m

Quant. de rayonn.

roentgen R

Vitesse angulaire

radian par seconde rad/s TS IRIS ( Physique Appliquée ) Christian BISSIERES http://cbissprof.free.fr

Page 3 sur 12 Thème 1 : LES CAPTEURS

Accélération linéaire

g mètre par seconde 2 m/s 2

Accélération

angulaire radian par seconde 2 rad/s 2

Energie - Travail

W joule J

Puissance

P watt Watt

Pression - Contrainte

P pascal Pa

Quantité de chaleur

Q joule J

Quantité d"électricité

Q coulomb C

Energie

W joule J

Puissance active

P watt W

Puissance apparente

S volt-ampère VA

Puissance réactive

Q volt-ampère-réactif VAR

Inductance

L henry H

Champ magnétique

H ampère par mètre A/m

Induction

magnétique B tesla T

Flux d"induction

weber Wb

Luminance

L candela par m 2 Cd/m 2

Transmission

décibel dB

Activité nucléaire

A curie Bq

5- Liens entre les unités S.I. et celles employées dans d"autres pays (USA)

Distances

: ???? pouce (inch) : 1 in. = 2,54 cm ? pied (foot) : 1 ft = 12 in = 30,48 cm ? mile (miles) = 5280 ft = 1,609 km

Volume : ???? pinte (pint) = 0,568 l

? gallon (US gallon) : 1 USgal = 4 pintes = 3,786 l ? baril (US barrel) : 1 bbi = 42 USgal = 159 l

Masse : ???? once (ounce) : 1 oz = 28,35 g

? livre (pound) : 1 lb = 0,454 kg

Puissance

: ???? cheval vapeur (horsepower) : 1 hp = 0,746 kW. 6- Formation des multiples et sous multiples des unités

10 N

Préfixe

Symbole

Nombre

10 100
googol 10 24
yotta Y

Quadrillion

10 21
zetta Z

Trilliard

10 18 exa E

Trillion

10 15 péta P

Billiard

10 12 téra T

Billion

10 9 giga G

Milliard

10 6 méga M

Million

10 3 kilo k Mille 10 2 hecto h Cent 10 1 déca da Dix 10 0 unité

Un, une

10 -1 déci d

Dixième

10 -2 centi c

Centième

10 -3 milli m

Millième

10 -6 micro

Millionième

10 -9 nano n

Milliardième

10 -12 pico p

Billionième

10 -15 femto f

Billiardième

10 -18 atto a

Trillionième

10 -21 zepto z

Trilliardième

10 -24 yocto y

Quadrillionième

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7- Caractéristiques d"une chaîne de mesure informatisée

La structure de base d"une chaîne de mesure comprend au minimum quatre étages : ■ Un capteur sensible aux variations d"une grandeur physique et qui, à partir de ces variations, délivre un signal électrique. ■ Un conditionneur de signal dont le rôle principal est l"amplification du signal délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l"unité de numérisation; cet étage peut parfois intégrer un filtre qui réduit les perturbations présentes sur le signal.

■ Une unité de numérisation qui va échantillonner le signal à intervalles réguliers et

affecter un nombre (image de la tension) à chaque point d"échantillonnage. ■ L"unité de traitement informatique peut exploiter les mesures qui sont maintenant une suite de nombres (enregistrement, affichage de courbes, traitements Mathé- matiques, transmissions des données ...). De nos jours, compte tenu des possibilités offertes par l"électronique et l"informatique, les

capteurs délivrent un signal électrique et la quasi-totalité des chaînes de mesure sont des

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